馬迎坤，邱弢

(中國(guó)民用航空適航審定中心西安航空器審定中心， 西安 710065)

0 引 言

航空蓄電池是民用飛機(jī)上的應(yīng)急電源和輔助備用電源，用于保障機(jī)上重要儀表和關(guān)鍵系統(tǒng)在失去主供電能源時(shí)的正常運(yùn)行和地面輔助發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)[1-3]。傳統(tǒng)客機(jī)廣泛使用鎳鎘電池作為蓄電池，但鎳鎘電池存在充放電電流小、能量密度低等缺點(diǎn)，限制了飛機(jī)性能的進(jìn)一步提升。

相比而言，鋰離子電池(下文簡(jiǎn)稱鋰電池)在上述性能方面有明顯優(yōu)勢(shì)，民用飛機(jī)制造商開(kāi)始嘗試在新產(chǎn)品上使用鋰離子電池[4-5]。其中，波音787飛機(jī)是全球第一款使用鋰離子蓄電池的運(yùn)輸類民航客機(jī)。在對(duì)波音787飛機(jī)進(jìn)行適航審定時(shí)，美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(Federal Aviation Administration，簡(jiǎn)稱FAA)認(rèn)為機(jī)上安裝的可充電鋰電池是新穎獨(dú)特的設(shè)計(jì)，現(xiàn)行航空規(guī)章《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》[6]的安全要求不足，因此針對(duì)可充電鋰電池制定了專用條件25-359-SC，并列入波音787的審定基礎(chǔ)[7]。然而在2013年飛機(jī)投入運(yùn)行不久就相繼發(fā)生多起鋰電池起火事故，并導(dǎo)致飛機(jī)停飛整改。這一事件暴露出民航業(yè)界對(duì)鋰電池的安全特性認(rèn)識(shí)不足，在設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、審查和維護(hù)等環(huán)節(jié)缺乏足夠的經(jīng)驗(yàn)[8-9]。

中國(guó)擁有豐富的鋰礦產(chǎn)資源和完整的鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈，是全球最大的鋰電池生產(chǎn)基地和消費(fèi)市場(chǎng)，在交通運(yùn)輸、消費(fèi)電子、移動(dòng)基站等領(lǐng)域，鋰電池都有廣泛的應(yīng)用，裝機(jī)容量和技術(shù)水平居于全球領(lǐng)先地位。技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)驗(yàn)的積累推動(dòng)著國(guó)內(nèi)鋰電池行業(yè)的安全性標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)證規(guī)范不斷完善。在安全性標(biāo)準(zhǔn)上，V.Ruiz等[10]、邵杰等[11]、楊杰等[12]和祝夏雨等[13]分別對(duì)鋰電池行業(yè)眾多現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解讀對(duì)比，并結(jié)合各自行業(yè)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鋰電池的試驗(yàn)驗(yàn)證規(guī)范明確了改進(jìn)方向；在驗(yàn)證規(guī)范上，對(duì)于關(guān)鍵的鋰電池?zé)崽匦栽囼?yàn)和安全性評(píng)估方法，林深[14]和王莉等[15]通過(guò)深入研究，提出了新的思路。

在民用航空領(lǐng)域，對(duì)于鋰電池安全性標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)證規(guī)范的研究相對(duì)較少，吳浩文[16]、曹濤等[17]在參考借鑒國(guó)外局方審定經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)航空蓄電池的適航規(guī)章和非充電鋰電池的專用條件進(jìn)行了解讀；隋立軍等[9]則從規(guī)章角度出發(fā)，對(duì)鋰電池安裝提出了適航驗(yàn)證要求。目前關(guān)于航空鋰電池符合性驗(yàn)證方法的研究還是以參考和借鑒國(guó)外局方審定經(jīng)驗(yàn)為主，現(xiàn)有驗(yàn)證方法在充分性、完整性和可追溯性上存在的問(wèn)題未得到有效改進(jìn)，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的更新也相對(duì)滯后。

盡早利用我國(guó)鋰電池的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)和技術(shù)實(shí)力，自主完善航空鋰電池相關(guān)規(guī)范，對(duì)于新技術(shù)的應(yīng)用和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)話語(yǔ)權(quán)的提升都有促進(jìn)作用。本文以波音787客機(jī)動(dòng)力電池燃燒事故為例，分析航空鋰離子電池作為動(dòng)力電池的安全性風(fēng)險(xiǎn)，從對(duì)現(xiàn)有規(guī)章條款和專用條件的解讀出發(fā)，借鑒鋰電池行業(yè)最新積累的驗(yàn)證和使用經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)航空動(dòng)力鋰電池的環(huán)境試驗(yàn)、電氣安全性測(cè)試、熱穩(wěn)定性測(cè)試和功能安全性測(cè)試等符合性驗(yàn)證試驗(yàn)方法提出完善和改進(jìn)方案。

1 鋰電池及其安全性風(fēng)險(xiǎn)

1.1 鋰電池性能

鋰離子電池是由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液和其他一些附件構(gòu)成的。鋰電池的電解液與傳統(tǒng)電池(鉛酸電池、鎳鎘電池等)不同，為有機(jī)溶劑，電解質(zhì)材料為無(wú)機(jī)陰離子鋰鹽，是離子導(dǎo)體、電子絕緣體。隔膜位于正負(fù)電極之間，起隔斷電子和透過(guò)離子的作用，使電子必須從外電路遷移，而離子則可以通過(guò)電解液移動(dòng)，保證外電路有電流通過(guò)，防止電池內(nèi)短路。鋰離子電池的正極材料一般選擇嵌鋰的金屬氧化物，常見(jiàn)的正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和鎳鈷錳酸鋰等，不同的正極材料使鋰電池在充放電功率、成本、高低溫穩(wěn)定性、循環(huán)壽命、能量密度等性能上表現(xiàn)差異，因此需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，選用不同性能的鋰電池。

雖然不同種類的鋰電池性能也有較大差距，但是同現(xiàn)有的鎳鎘電池比較，鋰電池的明顯優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在[18]：

(1) 高能量密度：現(xiàn)階段不同種類鋰電池單體的能量密度可以達(dá)到150～300 Wh/kg，且性能還在不斷提升，而鎳鎘電池的能量密度約為60 Wh/kg。

(2) 功率密度大，連續(xù)放電電流高：鋰電池的功率密度是鎳鎘電池的2倍以上，相同容量下，鋰電池充放電電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鎳鎘電池，采用鋰電池可以滿足更大的負(fù)載。

(3) 工作溫度范圍寬：鋰電池的工作溫度區(qū)間為充電0～60 ℃，放電-30～70 ℃；鎳鎘電池的工作溫度區(qū)間為充電0～45 ℃，放電-20～60 ℃。而鋰電池可以在更極端的環(huán)境下工作。

(4) 自放電率低，無(wú)記憶效應(yīng)：鋰電池沒(méi)有記憶效應(yīng)，自放電率比鎳鎘電池低50%以上，可以長(zhǎng)時(shí)間保存，降低維護(hù)成本。

1.2 鋰電池安全性風(fēng)險(xiǎn)

鋰電池存儲(chǔ)了大量的能量，一旦電池發(fā)生安全性失效導(dǎo)致意外的能量釋放，則可能引發(fā)嚴(yán)重的事故。鋰電池安全性失效模式主要表現(xiàn)為燃燒爆炸、發(fā)熱起火、膨脹變形、漏氣漏液等，失效的核心原因是電池發(fā)生熱失控。目前發(fā)生的多起航空動(dòng)力電池燃燒事故，根據(jù)調(diào)查顯示，其原因即為電池單體出現(xiàn)內(nèi)短路，電流升高產(chǎn)生熱量并不斷積累，引發(fā)熱失控，最終導(dǎo)致整個(gè)電池系統(tǒng)失效并起火燃燒[4]。電池在過(guò)充電、過(guò)放電、短路或極端溫度下都有可能引發(fā)熱失控，且鋰電池含有活潑的鋰金屬物質(zhì)和具有可燃性的有機(jī)電解液，一旦起火，對(duì)整機(jī)危害極大。因此大容量的鋰電池通常采用多重安全保護(hù)措施，鋰電池系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示[19]，除了電池單體，電池系統(tǒng)箱體內(nèi)通常還要集成過(guò)流保險(xiǎn)、熱管理裝置和電池管理系統(tǒng)等，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控電池單體狀態(tài)、預(yù)警安全風(fēng)險(xiǎn)、管理充放電電流、調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度等功能。

圖1 含電池控制單元的電池系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)

2 鋰電池適航規(guī)章

2.1 條款解讀

在針對(duì)蓄電池進(jìn)行適航審定時(shí)，現(xiàn)階段主要參考FAA針對(duì)機(jī)上安裝的可充電鋰電池制定的專用條件25-359-SC[7]。該專用條件包含9條具體要求，將航空規(guī)章《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》第25.1353條款的要求引申到鋰電池上，并做了進(jìn)一步明確，各專用條件的要求和內(nèi)涵解讀如下：

第一條對(duì)應(yīng)25.1353(b)(1)條款，是針對(duì)電池單體溫度和壓力的要求。在預(yù)期的充放電過(guò)程中，要確保鋰電池系統(tǒng)內(nèi)的電池單體發(fā)生自持的、不可控的溫度或壓力升高的概率為極微小(10-7)，在各種失效情況下，電池的安裝能夠防止其發(fā)生爆炸。

第二條則是針對(duì)鋰電池系統(tǒng)溫度和壓力的要求。無(wú)論鋰電池系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生何種故障，要確保系統(tǒng)發(fā)生自持的、不可控的溫度或壓力升高的概率為極不可能(10-9)。

第三條同25.1353(b)(3)條款的要求基本一致，是對(duì)電池排放易燃易爆或有毒氣體的要求。無(wú)論在正常使用過(guò)程中，還是系統(tǒng)失效時(shí)，要求鋰電池系統(tǒng)除通過(guò)專門(mén)的泄壓裝置以外，不得向外釋放爆炸性的或有毒的氣體或煙霧；要求鋰電池系統(tǒng)必須能夠承受由于失效而產(chǎn)生的壓力，或者能夠通過(guò)泄壓裝置安全的釋放壓力；鋰電池排放的物質(zhì)達(dá)到一定濃度后，可能會(huì)引起燃燒、爆炸或具有毒性，因此要求鋰電池排放的氣體如果在飛機(jī)內(nèi)聚集時(shí)，其濃度不致產(chǎn)生危害。

第四條是對(duì)鋰電池電解液防火的要求。由于鋰電池電解液可能為可燃液體，鋰電池系統(tǒng)及其安裝需要符合規(guī)章25.863條——可燃液體防火的要求。

第五條對(duì)應(yīng)25.1353(b)(4)條款，規(guī)定了鋰電池排放物如果具有腐蝕性時(shí)，對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)和機(jī)載設(shè)備影響的要求。要求確保從鋰電池內(nèi)排放的腐蝕性氣體或液體不得對(duì)鋰電池安裝位置附近的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、設(shè)備或電纜等造成重大安全損害，其設(shè)計(jì)保證水平要符合25.1309(b)的要求。

第六條參考25.1353(b)(5)條款對(duì)鎳鎘電池發(fā)生短路時(shí)的要求，明確了對(duì)鋰電池的要求。當(dāng)鋰電池系統(tǒng)短路或電池單體發(fā)生內(nèi)短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，要求鋰電池的安裝能夠避免這些熱量對(duì)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵系統(tǒng)產(chǎn)生危害。

第七條對(duì)應(yīng)25.1353(b)(6)條款，是對(duì)鋰電池報(bào)警功能的要求。鋰電池系統(tǒng)本身必須具備自動(dòng)的安全保護(hù)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)或故障檢測(cè)的方式控制充電電流的大小，或者能夠直接切斷充電電流，確保鋰電池充電時(shí)不會(huì)過(guò)熱超溫。

第八條要求安裝動(dòng)力鋰電池的飛機(jī)需要具備電池荷電狀態(tài)的指示和報(bào)警功能，可以向機(jī)組人員實(shí)時(shí)提供電池的準(zhǔn)確狀態(tài)信息，且當(dāng)電量低于簽派要求時(shí)，可以向機(jī)組告警。

第九條是對(duì)持續(xù)適航文件的要求。鋰電池的使用、保養(yǎng)和維護(hù)同傳統(tǒng)鎳鎘電池存在較大差別，因此持續(xù)適航文件必須包含如下信息：鋰電池充電間隔等正確的保養(yǎng)信息，確保鋰電池的電量不會(huì)過(guò)快衰減；電池備件的存儲(chǔ)要求，防止電池備件長(zhǎng)期不合理存放導(dǎo)致電量過(guò)快衰減；維修和更換鋰電池的程序和要求等。

專用條件25-359-SC主要覆蓋4方面安全性要求：①規(guī)章25.1353條中對(duì)蓄電池性能和安裝的一些通用性要求；②由于鋰電池電解液具有可燃性，鋰電池及其安裝應(yīng)滿足適航規(guī)章中可燃液體防火相關(guān)條款的要求；③對(duì)鋰電池的過(guò)度充放電提出專門(mén)的要求；④對(duì)鋰電池的保養(yǎng)和維護(hù)提出專門(mén)的要求。

2.2 符合性驗(yàn)證試驗(yàn)方法

2015年，F(xiàn)AA發(fā)布咨詢通告AC20-184《飛機(jī)可充電鋰電和電池系統(tǒng)試驗(yàn)和安裝指南》[20]，明確了機(jī)載可充電鋰電池的典型適航要求，并引用航空無(wú)線電委員會(huì)(Radio Technical Commission for Aeronautics,簡(jiǎn)稱RTCA)DO-311[21]和RTCA DO-160G[22]等標(biāo)準(zhǔn)作為可接受的驗(yàn)證試驗(yàn)方法。而標(biāo)準(zhǔn)中引用的驗(yàn)證規(guī)范體系形成于2010年之前，同鋰電池行業(yè)飛速發(fā)展的狀況不相適應(yīng)。目前在航空鋰電池的試驗(yàn)驗(yàn)證和適航審查等環(huán)節(jié)存在諸多問(wèn)題[8]，主要表現(xiàn)為：

(1) 在試驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)，針對(duì)鋰電池的安全性驗(yàn)證不夠充分，試驗(yàn)判據(jù)不夠清晰明確，特別是對(duì)熱失控的設(shè)計(jì)缺陷未能進(jìn)行充分驗(yàn)證。

(2) 在安全性分析環(huán)節(jié)，由于驗(yàn)證不完整，使得分析方法、數(shù)據(jù)來(lái)源和假設(shè)缺乏依據(jù)，不能充分評(píng)估鋰電池內(nèi)短路可能產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，從而未能針對(duì)鋰電池明確足夠的設(shè)計(jì)保證水平。

(3) 在審查環(huán)節(jié)，由于驗(yàn)證環(huán)節(jié)缺乏可追溯性，審查過(guò)程也就難以識(shí)別驗(yàn)證環(huán)節(jié)的遺漏。

因此鋰電池驗(yàn)證試驗(yàn)的完整性、充分性、可追溯性是適航審查關(guān)注的重點(diǎn)。

2.3 符合性驗(yàn)證試驗(yàn)方法改進(jìn)建議

國(guó)內(nèi)外主要標(biāo)準(zhǔn)化組織，如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Organization for Standardization，簡(jiǎn)稱ISO)、歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(Economic Commission for Europe,簡(jiǎn)稱ECE)、中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB)和RTCA等規(guī)范體系中，關(guān)于鋰電池系統(tǒng)的技術(shù)要求包含多種機(jī)械安全性測(cè)試、環(huán)境安全性測(cè)試和電氣安全性測(cè)試項(xiàng)目，如表1所示，但是各行業(yè)在對(duì)鋰電池進(jìn)行此類驗(yàn)證時(shí)，在試驗(yàn)樣本的狀態(tài)、試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置、符合性判定依據(jù)等方面均有所差異，得到的結(jié)論也不盡相同[10-13,22-24]。在未來(lái)的研究中，應(yīng)注重逐步形成更加明確的試驗(yàn)方法，提高驗(yàn)證試驗(yàn)的充分性和可重復(fù)性。波音787鋰電池事故也體現(xiàn)出已有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熱失控等關(guān)鍵故障的模擬和驗(yàn)證在充分性和完整性上還存在不足。特別需要關(guān)注的是鋰電池系統(tǒng)的循環(huán)壽命、狀態(tài)監(jiān)控、安全保護(hù)、故障診斷等性能和功能，它們將直接影響到電池系統(tǒng)的安全性，并且隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，此類安全性功能的作用也愈發(fā)顯著。目前標(biāo)準(zhǔn)更新的趨勢(shì)也表明行業(yè)已更加注重系統(tǒng)層級(jí)的安全性能和功能的驗(yàn)證。相比而言，RTCA DO-311A《可充電鋰電池最低運(yùn)行性能標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱DO-311A)的驗(yàn)證方法主要還是針對(duì)電池單體的性能驗(yàn)證，雖對(duì)電池系統(tǒng)的安全性功能和在飛機(jī)上的安裝提出了一系列要求，但在標(biāo)準(zhǔn)中并未給出明確的驗(yàn)證方法。此外，現(xiàn)有驗(yàn)證方法的判據(jù)還比較寬泛，多為描述性語(yǔ)言，如“無(wú)泄漏”“不起火”“不爆炸”等，缺乏可量化的指標(biāo)，符合性驗(yàn)證試驗(yàn)方法研究的一個(gè)重要方向便是將電池的危害程度細(xì)化。因此，借鑒不同體系的鋰電池安全性標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法，可以為DO-311A標(biāo)準(zhǔn)航空鋰電池適航符合性驗(yàn)證試驗(yàn)方法提供有益補(bǔ)充。

表1 驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)體系試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)標(biāo)

2.3.1 環(huán)境試驗(yàn)

在廣泛應(yīng)用于鋰電池安全性測(cè)試的項(xiàng)目中，振動(dòng)、沖擊、碰撞、濕熱循環(huán)、浸水、溫度沖擊、鹽霧和高海拔等環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目，可參照DO-160G《機(jī)載設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)程序》(以下簡(jiǎn)稱DO-160G)進(jìn)行試驗(yàn)，但其通過(guò)性判據(jù)除了要求在試驗(yàn)完成后鋰電池系統(tǒng)功能正常，無(wú)泄漏、外殼不破裂，電池不起火、不爆炸等，還應(yīng)增加對(duì)試驗(yàn)后電池絕緣電阻值的明確要求。不同狀態(tài)的鋰電池，其試驗(yàn)結(jié)果會(huì)有所不同，例如鋰電池的荷電狀態(tài)(State of Charge,簡(jiǎn)稱SOC)對(duì)測(cè)試結(jié)果就有較大的影響，不同的鋰電池安全性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)試驗(yàn)樣品的SOC有不同的規(guī)定，一般要求取50%～100%之間。而DO-160G中并未規(guī)定鋰電池試驗(yàn)件的SOC，實(shí)際測(cè)試時(shí)，應(yīng)當(dāng)選取不同荷電狀態(tài)的鋰電池進(jìn)行試驗(yàn)，以確保環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果具有普遍性。

2.3.2 電氣安全性測(cè)試

電氣安全性測(cè)試主要包括外部短路試驗(yàn)、過(guò)充電試驗(yàn)和過(guò)放電試驗(yàn)。這三項(xiàng)試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于評(píng)估電池單體在短路、過(guò)度充電或深度放電情況下的安全性，要求電池單體在試驗(yàn)過(guò)程中不起火、不爆炸。不過(guò)隨著電池系統(tǒng)功能和設(shè)計(jì)的逐步完善，通過(guò)系統(tǒng)層級(jí)的安全保護(hù)功能可以有效防止單體電濫用的發(fā)生，因此進(jìn)行系統(tǒng)層級(jí)的功能安全性驗(yàn)證比現(xiàn)有的針對(duì)單體的電氣安全性驗(yàn)證更有意義。

2.3.3 熱穩(wěn)定性試驗(yàn)

熱穩(wěn)定性試驗(yàn)是用于評(píng)估鋰電池高溫穩(wěn)定性和安全性的重要試驗(yàn)。為了使熱穩(wěn)定性試驗(yàn)完整、充分并具有可重復(fù)性，參考國(guó)內(nèi)外研究組織對(duì)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法進(jìn)行的探索，建議進(jìn)行3種類型的熱穩(wěn)定性試驗(yàn)[19]：第一類試驗(yàn)是通過(guò)高溫加熱或直接燃燒的方式，評(píng)估鋰電池在高溫下的穩(wěn)定性，要求鋰電池在高溫下不發(fā)生爆炸；第二類試驗(yàn)是通過(guò)逐步升溫的方式緩慢加熱鋰電池，直至引發(fā)電池?zé)崾Э兀瑥亩_定電池?zé)崾Э氐臏囟?；第三類試?yàn)是熱失控乘員保護(hù)分析驗(yàn)證試驗(yàn)，根據(jù)鋰電池?zé)崾Э貦C(jī)理和觸發(fā)方式的最新研究成果，明確對(duì)鋰電池采用針刺或加熱的方式引發(fā)熱失控(如圖2所示)，進(jìn)而評(píng)估鋰電池系統(tǒng)對(duì)熱失控的監(jiān)測(cè)功能，并要求鋰電池系統(tǒng)可以在危險(xiǎn)發(fā)生前一定時(shí)間提供報(bào)警信號(hào)，以便機(jī)組采取相應(yīng)措施。

(a) 針刺

2.3.4 功能安全性驗(yàn)證

功能安全性驗(yàn)證的目的是確定電池系統(tǒng)功能安全要求的完整性和正確性，確保滿足規(guī)章和專用條件的安全要求。目前鋰離子電池系統(tǒng)的安全性功能通過(guò)電池管理系統(tǒng)(Battery Management System,簡(jiǎn)稱BMS)實(shí)現(xiàn)，其功能主要包括：

(1) 監(jiān)測(cè)電池系統(tǒng)內(nèi)總電壓、總電流，單體電壓、單體電流和內(nèi)部溫度等狀態(tài)參數(shù)。

(2) 對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，并對(duì)具體故障內(nèi)容進(jìn)行處理，如告警、故障保護(hù)等。

(3) 具有防止電池系統(tǒng)過(guò)充電、過(guò)放電、過(guò)溫、過(guò)流等保護(hù)功能。

(4) 具有SOC估算功能，并能達(dá)到精度要求。

鋰電池系統(tǒng)的安全性功能需要分別通過(guò)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)檢驗(yàn)：

(1) 狀態(tài)參數(shù)測(cè)量精度檢測(cè)。將電池系統(tǒng)按照正常工作要求安裝，連接檢測(cè)電壓、電流、溫度等參數(shù)的檢測(cè)設(shè)備，將BMS的監(jiān)測(cè)結(jié)果同檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

(2) 故障診斷功能驗(yàn)證。通過(guò)模擬系統(tǒng)建立故障項(xiàng)目觸發(fā)條件，根據(jù)BMS的故障診斷結(jié)果進(jìn)行功能確認(rèn)。

(3) 安全防護(hù)功能驗(yàn)證。使電池系統(tǒng)處于過(guò)溫、過(guò)充電、過(guò)放電、過(guò)流甚至短路狀態(tài)時(shí)，BMS能夠進(jìn)入安全狀態(tài)，提供降溫、限流、斷電等安全保護(hù)措施，并提供報(bào)警信號(hào)或降級(jí)的提示信息給機(jī)組成員。

(4) 將電池系統(tǒng)按照正常工作要求安裝，測(cè)試不同環(huán)境溫度條件下電池系統(tǒng)的SOC，并同BMS的估算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算系統(tǒng)估算精度。

電池的安全性試驗(yàn)不是完全孤立的，應(yīng)當(dāng)要求同一試驗(yàn)樣本完成環(huán)境試驗(yàn)后，依然能夠通過(guò)功能安全性試驗(yàn)的驗(yàn)證，以此作為判定滿足25.1309(e)條款連續(xù)安全使用的標(biāo)準(zhǔn)；同一試驗(yàn)項(xiàng)目，選擇不同狀態(tài)的電池(如不同的荷電狀態(tài)、循環(huán)壽命狀態(tài)、儲(chǔ)存狀態(tài)等)，或設(shè)定不同的試驗(yàn)參數(shù)(如過(guò)充放電的電流、電壓，升溫速率等)，結(jié)果也會(huì)不盡相同，需要通過(guò)全面的驗(yàn)證，確定合理的試驗(yàn)參數(shù)，覆蓋盡可能多的試驗(yàn)件狀態(tài)。所有的安全性試驗(yàn)結(jié)論相互驗(yàn)證，共同保障對(duì)適航條款的符合性。

3 結(jié) 論

(1) 為保證符合性驗(yàn)證的充分性，應(yīng)針對(duì)不同狀態(tài)(壽命狀態(tài)、荷電狀態(tài)、儲(chǔ)存狀態(tài)等)，選擇合理的試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，并形成規(guī)范的試驗(yàn)方法。

(2) 相比單體電池的驗(yàn)證，符合性驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)特別注重對(duì)鋰電池進(jìn)行系統(tǒng)層級(jí)的電氣安全性和功能安全性的驗(yàn)證，并根據(jù)不同試驗(yàn)的結(jié)果相互印證鋰電池對(duì)條款的符合性。

(3) 為了確保鋰電池的熱穩(wěn)定性和安全性，應(yīng)開(kāi)展充分的熱穩(wěn)定性試驗(yàn)，通過(guò)三種類型的熱穩(wěn)定性試驗(yàn)全面評(píng)估鋰電池單體和系統(tǒng)的高溫穩(wěn)定性和安全性。

此外，現(xiàn)有驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)的判據(jù)還比較寬泛，多為描述性的語(yǔ)言，缺乏可量化的指標(biāo)，因此將電池的危害程度細(xì)化也是未來(lái)驗(yàn)證方法研究的一個(gè)重要方向。